操作系统第2章 操作系统运行环境
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《操作系统第二章》PPT课件
文件的逻辑结构与物理结构
文件的逻辑结构
从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立 于文件的物理特性，又称为文件组织。
文件的物理结构
又称文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。这不仅与存储介质的存储性能 有关，而且与所采用的外存分配方式有关。
文件的逻辑结构与物理结构之间的关系
实时操作系统
是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理， 其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出 快速响应，并控制所有实时任务协调一致地运行。
操作系统的分类与特点
网络操作系统
是基于计算机网络的，是在各种计算 机操作系统上按网络体系结构协议标 准开发的软件，包括网络管理、通信 、安全、资源共享和各种网络应用。
设备分配算法
常用的有先来先服务（FCFS）、优先级高者优先（HPF）等算法 ，根据实际需求选择合适的算法进行设备分配。
设备回收机制
在用户进程使用完设备后，及时回收设备资源，以便其他进程使用 。
设备驱动程序与中断处理
设备驱动程序
与硬件直接交互的软件模块，提供对 设备的控制和管理功能。驱动程序需 要处理设备的初始化、数据传输、错 误处理等问题。
构。
PCB中包含了进程标识符、处理 器状态信息、进程调度信息、进
程控制信息等。
操作系统通过PCB对进程实施管 理和控制，如进程的创建、撤销 、阻塞、唤醒等操作都需要修改
PCB中的信息。
进程调度算法
01
进程调度算法是操作系统用来确定处理器分配给哪个进程使 用的策略和方法。
02
常见的进程调度算法包括：先来先服务FCFS、短作业优先 SJF、优先级调度算法PSA、时间片轮转RR等。
第二章 操作系统
进程通信 进程之间的联系称之为进程通信，用通信原语进行描述。进程 间的基本关系是同步和互斥两种。同步反映了进程间的合作关 系，同步的例子是一个进程需要以另一个进程的输出作为自己 的输入。互斥反映了进程间的竞争关系，互斥的例子是两个进 程可能同时使用同一资源。
死锁 当两个或两个以上的进程因争用系统资源而无休止地互相等待 时，就发生进程死锁，这是系统的一种出错状态，应采取预防 措施避免出现死锁现象。 预防死锁的方法有：静态预先分配所有资源法、有序资源分配 法和受控资源分配法。
网络操作系统（Network operating system）：运 行在局域网上的操作系统。目前，常用的网络操 作系统有NetWare和Windows NT等。 分布式操作系统（Distributed operating system）： 通过网络将物理上分布的具有自治功能的计算机 系统或数据处理系统互连，实现信息交换和资源 共享，协同完成任务。 单用户操作系统（Single-user operating system）：按同时管理的作业数，单用户操作系 统可分为单用户单任务操作系统和单用户多任务 操作系统。单用户单任务操作系统只能同时管理 一个作业运行，CPU运行效率低，如DOS；单用 户多任务操作系统允许多个程序或作业同时存在 和运行。
操作系统的组成
进程管理
进程是是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的 独立单位。 进程与程序具有不同的属性，概括如下： 程序是指令的集合，进程是指令的执行； 程序是静态的概念，进程是动态的概念； 程序存储需要介质，进程执行需要处理机； 程序是永存的，进程的生命是有限的。 进程由三部分组成：进程控制块、程序和数据的集合。
2024年度第2章(win10版)操作系统PPT课件
3
个性化
更改桌面背景、主题、颜色、锁屏界面等个性化 设置
2024/3/24
17
配置Windows 10操作系统的基本设置
设备
管理连接到计算机的设 备，如打印机、鼠标、
键盘等
2024/3/24
应用和功能
管理已安装的应用程序 和功能，添加或删除程
序和功能
系统
查看和管理计算机的基 本信息，如设备规格、 系统信息、存储、声音
许可协议等。
28
应用程序的安装与卸载
通过控制面板卸载
用户可以在控制面板的“程序和功能”选项中找到已安装的应用程序列表，并选择需要卸载的程序进行卸载。
通过应用商店卸载
对于从应用商店安装的应用程序，用户可以直接在应用商店中将其卸载。
2024/3/24
29
应用程序的启动与退
通过开始菜单启动
用户可以在开始菜单中找到已安装的应 用程序，并单击其图标来启动程序。
等
18
隐私
配置隐私设置以保护个 人数据，如位置、相机 、麦克风、语音识别等
03
Windows 10操作系统界面与操 作
2024/3/24
19
Windows 10操作系统界面介绍
01
02
03
04
桌面
显示各种图标、快捷方式以及 背景图片，是用户与系统交互
的主要界面。
任务栏
位于桌面底部，显示当前打开 的应用程序和窗口，提供快速
重命名文件和文件夹
在资源管理器中右键点击空白处，选择“ 新建”可创建新文件或文件夹。
选中目标文件或文件夹，右键点击选择“ 重命名”，输入新名称即可。
复制、粘贴和移动文件和文件夹
第2章(win10版)操作系统
处理机管理：处理机包括中央处理器,主存 储器，输入-输出接口，加接外围设备就构 成完整的计算机系统。
存储器管理（内存分配） 文件管理（文件目录、文件组织、文件操
作和文件保护） 设备管理
早期操作系统的分类
批处理操作系统（不再干预、不具有交互性、提 高CPU的利用率）
分时操作系统（多个用户共享计算机） 实时系统（及时响应外部事件）
2.1.3 典型操作系统介绍
1.DOS简介 DOS（Disk Operation System,磁盘操作系统）
是一种单用户、单任务的计算机操作系统。
2.Windows简介
Windows是Microsoft公司在20世纪80年代末推出的基 于图形的、多用户多任务图形化操作系统,
对计算机的操作是通过对“窗口”、“图标”、 “菜单”等图形画面和符号的操作来实现的。用户的 操作不仅可以用键盘，更多的是用鼠标来完成。
1993年Windows NT 3.1发布，这个产品是基于 OS/2 NT的基础编制的，由微软和IBM联合研制。
1995年推出了全新的真正脱离DOS平台的 Windows 95,Windows 95是一个混合的16位/32 位Windows系统，其版本号为4.0，由微软公司 发行于1995年8月24日。
系统属性设置（远程设置）
1
将远程协助功能取消, 不允许远程连接到此计
算机。
2Байду номын сангаас
将所有磁盘状态设为关 闭。
系统属性设置（隐藏文件夹显示设置）
1. 查看--选项
2. 选择常规,在快速访 问中不显示最近使用 的文件 和常用文件夹
3. 选择查看,显示所有 的隐藏文件或文件夹
系统特色：虚拟桌面
windows10新增了Multiple Desktops功能 。该功能可让用户在同个操作系统下使 用多个桌面环境,即用户可以根据自己的 需要，在不同桌面环境间进行切换。微 软还在“Taskview”模式中增加了应用 排列建议选择——即不同的窗口会以某
存储器管理（内存分配） 文件管理（文件目录、文件组织、文件操
作和文件保护） 设备管理
早期操作系统的分类
批处理操作系统（不再干预、不具有交互性、提 高CPU的利用率）
分时操作系统（多个用户共享计算机） 实时系统（及时响应外部事件）
2.1.3 典型操作系统介绍
1.DOS简介 DOS（Disk Operation System,磁盘操作系统）
是一种单用户、单任务的计算机操作系统。
2.Windows简介
Windows是Microsoft公司在20世纪80年代末推出的基 于图形的、多用户多任务图形化操作系统,
对计算机的操作是通过对“窗口”、“图标”、 “菜单”等图形画面和符号的操作来实现的。用户的 操作不仅可以用键盘，更多的是用鼠标来完成。
1993年Windows NT 3.1发布，这个产品是基于 OS/2 NT的基础编制的，由微软和IBM联合研制。
1995年推出了全新的真正脱离DOS平台的 Windows 95,Windows 95是一个混合的16位/32 位Windows系统，其版本号为4.0，由微软公司 发行于1995年8月24日。
系统属性设置（远程设置）
1
将远程协助功能取消, 不允许远程连接到此计
算机。
2Байду номын сангаас
将所有磁盘状态设为关 闭。
系统属性设置（隐藏文件夹显示设置）
1. 查看--选项
2. 选择常规,在快速访 问中不显示最近使用 的文件 和常用文件夹
3. 选择查看,显示所有 的隐藏文件或文件夹
系统特色：虚拟桌面
windows10新增了Multiple Desktops功能 。该功能可让用户在同个操作系统下使 用多个桌面环境,即用户可以根据自己的 需要，在不同桌面环境间进行切换。微 软还在“Taskview”模式中增加了应用 排列建议选择——即不同的窗口会以某
第2章 Windows XP操作系统总结
应 种 各
18:14:54
Operate System：一种能让PC使用其它软件的软件。
用 系 程
作
操
统
2
序
是系统的资源管理者
硬件资源 软件资源 中央处理器、存储器、输入输出设备 以文件形式出现的程序和数据
是用户与计算机的接口
在用户与计算机之间提供了一个良好的界 面，用户可以通过计算机操作系统最大限度地 利用计算机的功能。
一、启动和退出
Windows XP 的退出
1. 关闭所有正在运行的应用程序；
B
2. 单击“开始”按钮，根据需要选定待机、
关闭或重新启动；
3. 单击“关机” 。
18:14:54
13
§2 WindowsXP 的工作环境
二、操作方式
鼠标
鼠标器的基本操作
– （1）定位：移动鼠标，使光标指向某一对象。 – （2）单击：快击一下鼠标左键后马上释放。 – （3）双击：快击两下鼠标左键后马上释放。 – （4）右击：快击一下鼠标右键后马上释放。 – （5）拖放：按住鼠标一个键不放，将选定的对象
2. 按硬件结构分
单CPU操作系统 （如DOS) 多CPU 操作系统 (如UNIX) 网络操作系统 （如Netware,Windows NT) 分布式操作系统（如SunOS) 多媒体操作系统（如 Amiga) 只用于单机的操作系统 可用于多机的操作系统
18:14:54 6
操作系统的分类
3.按与用户对话的界面分类有
18:14:54 20
开始菜单
单击“开始”按钮打 开“开始”菜单，可 运行程序、打开文档 及其它常见任务。用 户要求的功能，都可 以由“开始”菜单提 供。所以，一进入 Windows XP工作环境 ，用户可立即从“ 开 始 ”着手进行各项操 作。
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Operate System：一种能让PC使用其它软件的软件。
用 系 程
作
操
统
2
序
是系统的资源管理者
硬件资源 软件资源 中央处理器、存储器、输入输出设备 以文件形式出现的程序和数据
是用户与计算机的接口
在用户与计算机之间提供了一个良好的界 面，用户可以通过计算机操作系统最大限度地 利用计算机的功能。
一、启动和退出
Windows XP 的退出
1. 关闭所有正在运行的应用程序；
B
2. 单击“开始”按钮，根据需要选定待机、
关闭或重新启动；
3. 单击“关机” 。
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§2 WindowsXP 的工作环境
二、操作方式
鼠标
鼠标器的基本操作
– （1）定位：移动鼠标，使光标指向某一对象。 – （2）单击：快击一下鼠标左键后马上释放。 – （3）双击：快击两下鼠标左键后马上释放。 – （4）右击：快击一下鼠标右键后马上释放。 – （5）拖放：按住鼠标一个键不放，将选定的对象
2. 按硬件结构分
单CPU操作系统 （如DOS) 多CPU 操作系统 (如UNIX) 网络操作系统 （如Netware,Windows NT) 分布式操作系统（如SunOS) 多媒体操作系统（如 Amiga) 只用于单机的操作系统 可用于多机的操作系统
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操作系统的分类
3.按与用户对话的界面分类有
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开始菜单
单击“开始”按钮打 开“开始”菜单，可 运行程序、打开文档 及其它常见任务。用 户要求的功能，都可 以由“开始”菜单提 供。所以，一进入 Windows XP工作环境 ，用户可立即从“ 开 始 ”着手进行各项操 作。
操作系统第二章
当一进程所期待的某一事件尚未出现时，该进 程调用阻塞原语把自己阻塞起来，阻塞原语的 操作过程如下：由于进程正处于运行状态，故 应中断处理机，把CPU状态保护到PCB中， 停 止运行该进程。然后把“活跃阻塞”赋予该进 程，并把它插入到该事件的等待队列中，再从 活跃就绪队列中按一定算法选取一进程投入运 行。
进程控制是OS内核实现的。
2.3.1 内核
一、操作系统的层次结构
2.3
进 程 控 制
1、引入：方便设计与维护，将操作系统分为不同层次，
将操作系统的功能设臵在不同的层次中。 2、原则： 按调用关系分层，只有外层能调用内层； 与硬件关系密切的放在最里层；例如进程调度； 与用户关系密切的放在最外层；
2.2.1
进程的定义和特征
一、引入：为描述并发下程序的执行情况
2.2
进 程 的 描 述
二、定义：进程是程序的一次执行过程，是系统进行 资源分配和处理机调度的一个独立单位。 三、特征：
动态性 并发性 独立性 异步性
结构特性：进程=程序段+数据段+PCB
2.2.1
进程的定义和特征
四、进程和程序的区别与联系
1、就绪状态(ready):等处理机 2、执行状态(running):用处理机 3、阻塞状态(blocked):等事件
2.2.2
进程状态及其演变
时间片完
二、基本状态演变图
2.2
进 程 的 描 述
创建
就绪 调度 事件发生 (I/O完成) 阻塞
运行
完成 撤消
等事件 (I/O请求)
2.2.2
1、引入
进程状态及其演变
2.3.1 内核
二、内核：
2.3
进 程 控 制
第二章(操作系统)
8
返回本节
2.1.3 Windows XP简介
Windows XP的三个版本
Windows XP Home Edition 适用于大多数的家庭和普通用户 Windows XP Professional 适用于商业用户和有一定专业水平的家庭用户 Windows XP 64位Edition 专满足技术性工作站用户的强烈要求而设计 怎样安装xp
第二章 Windows操作系统的使用
本章重点
操作系统的功能 Windows XP的基本操作 文件和文件夹的管理 回收站的使用 程序管理
计算机管理
1
2.1 操作系统的功能与用户界面
操作系统在资源使用者和资源之间充当中间人的角 色，它负责管理、调度、指挥计算机的软硬件资源，使 其协调工作。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
标三个部分，所有的操作都是从桌面开始。
开始菜单
任务栏
桌面图标
返回
12
2.1.4 Windows XP的桌面环境
任务栏
快速启动工具栏 窗口管理区 语言栏
开始按钮
系统提示区
任务一: 任务栏的设置
演示
13
2.1.4 Windows XP的桌面环境
开始菜单
用户帐户 系统工具和文 件管理工具列 表
常用程序列表
磁盘 用户
操作系统
内存
CPU
网络
程序
打印机
返回
2
2.1.1 操作系统的功能
处理器管理
处理器管理主要是对中央处理器（CPU）进行动态管理。 在多个程序运行时，所有的程序都是在处理器中运行得到结果 的，而现在大多的计算机都只有一块CPU，因此处理器管理实 际上是对处理器执行的“时间”管理，即如何将CPU真正合理 分配给每个任务。
第二章：windows98操作系统
25
删除开始菜单的步骤
第三步选开始菜单程序 第四步单击删除
2021/4/9
26
删除开始菜单的步骤
第五步选定需删除的菜单
第六步单击删除
第七步单击关闭
2021/4/9
27
我的电脑和资源管理器 知识要点
2021/4/9
28
执行菜单命令的方法
鼠标 键盘 快捷菜单
创建文件的方法
法一：打开相应的程序（如：打开Word可建Word文档） 法二菜单法：文件 新建 输入内容
2021/4/9
1
Windows98的初步认识
Win98是美国微软公司在win95的操作系统获得巨大 成功后推出的版本，它比win95使用起来方便、可靠 系统运行更快。Win98集成了IE4.0浏览器，并提供 了许多娱乐功能。
以前的DOS操作系统是一个单用户、单任务的字符用户 界面，不太友好、理想。Windows给用户提供了一个很好 的操作环境，它采用图形用户界面，文件不在字符表示，而 是以图形的方式呈现在界面上，执行程序文件时只要在程序 文件图标上操作就可以了，非常方便。
第五步选此项
2021/4/9
第六步单击确定
38
设置网络资源共享的步骤
第七步单击确定
2021/4/9
39
设置共享文件夹的步骤
第二步单击文件下的共享
2021/4/9
第一步选定共享文件夹
40
设置共享文件夹的步骤
第三步单击共享 第四步单击共享为
2021/4/9
第五步选访问类型 第六步单击确定
41
撤消文件夹共享的步骤
15
第七步单击完成
第六步输入快捷方式名称
2021/4/9
删除开始菜单的步骤
第三步选开始菜单程序 第四步单击删除
2021/4/9
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删除开始菜单的步骤
第五步选定需删除的菜单
第六步单击删除
第七步单击关闭
2021/4/9
27
我的电脑和资源管理器 知识要点
2021/4/9
28
执行菜单命令的方法
鼠标 键盘 快捷菜单
创建文件的方法
法一：打开相应的程序（如：打开Word可建Word文档） 法二菜单法：文件 新建 输入内容
2021/4/9
1
Windows98的初步认识
Win98是美国微软公司在win95的操作系统获得巨大 成功后推出的版本，它比win95使用起来方便、可靠 系统运行更快。Win98集成了IE4.0浏览器，并提供 了许多娱乐功能。
以前的DOS操作系统是一个单用户、单任务的字符用户 界面，不太友好、理想。Windows给用户提供了一个很好 的操作环境，它采用图形用户界面，文件不在字符表示，而 是以图形的方式呈现在界面上，执行程序文件时只要在程序 文件图标上操作就可以了，非常方便。
第五步选此项
2021/4/9
第六步单击确定
38
设置网络资源共享的步骤
第七步单击确定
2021/4/9
39
设置共享文件夹的步骤
第二步单击文件下的共享
2021/4/9
第一步选定共享文件夹
40
设置共享文件夹的步骤
第三步单击共享 第四步单击共享为
2021/4/9
第五步选访问类型 第六步单击确定
41
撤消文件夹共享的步骤
15
第七步单击完成
第六步输入快捷方式名称
2021/4/9
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第2章 操作系统的运行环境
讨论操作系统的主要运行环境
中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 作业与作业步
2.1 中央处理器（CPU）
1.单处理器与多处理器系统 一个计算机系统只有一个处理器，称之为单处 理器系统 如果有多个处理器称之为多处理器系统
处理器由运算器、控制器和以及高速缓存构成。
பைடு நூலகம்
（2）控制和状态寄存器
用于控制处理器的操作 对于用户不可见的 一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问常见 的控制和状态寄存器:
程序计数器（ PC ： Program Counter ），记录将要取出的 指令的地址 指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出 的指令 程序状态字（PSW：Program Status Word），记录处理 器的运行模式信息等等
管态：操作系统管理程序运行的状态，又称为特权态、系 统态、管理态或核心态 目态：用户程序运行时的状态，又称为普通态或、用户态
有些系统将处理器状态划分核心状态，管理状态和 用户程序状态（目标状态）三种
实例：x86系列处理器-1
386、486、Pentium系列都支持4个处理器特
权级别（特权环：R0、R1、R2和R3） 从R0到R3特权能力依次降低 R0相当于双状态系统的管态 R3相当于目态 R1和R2则介于两者之间，它们能够运行的指令 集合具有包含关系：
3.存储保护：硬件支持 对主存中的信息加以严格的保护，使操作系统及其 它程序不被破坏。
地址寄存器（界限寄存器） 存储键
（1）界地址寄存器（界限寄存器）
界地址寄存器被广泛使用的一种存储保护技术，实现方法： 在CPU中设置一对下限寄存器和上限寄存器存放用户作业 在主存中的下限和上限地址
也可将一个寄存器作为基址寄存器，另一寄存器作为限长
3.特权指令和非特权指令
特权指令：只能由操作系统使用的指令。特权指令的执行一般 会引起处理器状态的切换。
使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区分为特权 指令和非特权指令（why?）
4.处理器的状态
根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不 同状态：
多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态：
2.2 存储器系统
1.存储器的层次结构
2.2 存储器系统
2.存储访问局部性原理
提高存储系统效能关键点：程序存储访问局部性原理。
程序执行时，有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样
的程序段，就会重复存取相同的指令集合 对数据存取也有局部性，在较短的时间内，稳定地保持在 一个存储器的局部区域
2.2 存储器系统
I R0 I R1 I R 2 I R3
实例：x86系列处理器-2
各个级别有保护性检查（地址校验、I/O限制），并分 别运行不同级别的程序： R0-运行操作系统核心代码 R1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程 R2-运行其它受保护共享代码，如语言系统运行环境 R3-运行各种用户程序 现有基于x86处理器的操作系统，多数UNIX、Linux 以及Windows系列大都只用了R0和R3两个特权级 别
寄存器（指示存储区长度）
每当CPU要访问主存，硬件自动将被访问的主存地址与界
限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界，如果未越界， 则按此地址访问主存，否则将产生越界中断——越界中断 （存储保护中断）
（1）用户可见寄存器
机器语言直接引用 包括数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器
数据寄存器（data register）又称通用寄存器，主要用于各种 算术逻辑指令和访存指令 地址寄存器（address register）用于存储数据及指令的物理 地址、线性地址或者有效地址，用于某种特定方式的寻址。如 索 引 寄 存 器 （ index register ） 、 段 寄 存 器 （ segment pointer）、栈指针（stack pointer） 条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位，如算术运算产 生的溢出、符号等等
2.1 中央处理器（CPU）
控制器
程序计数器 PC 指令寄存器 IR 指令译码器 ID 堆栈指示器 SP 处理器状态字PSW
工作寄存器
ALU
地址寄存器
I/O 控制逻辑
数据寄存器
2.1 中央处理器（CPU）
2.处理器中的寄存器
两类寄存器： 用户可见寄存器（工作寄存器）：由处理器执行 的机器语言来引用，通常对所有程序都是可用的， 包括系统程序和用户程序。 控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作，大 部分对用户不可见， 由OS的特权代码使用。
2.1 中央处理器（CPU）
管态和目态的比较：
处理器处于管态时
可以执行全部指令（包括特权指令） 可使用所有资源 具有改变处理器状态的能力
处理器处于目态时：只能执行非特权指令
特权级别不同，可运行指令集合也不同 特权级别越高，可以运行指令集合越大 高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级的
目态→管态 ：其转换的唯一途径是通过中断 管态→目态 ：可用通过设置PSW(修改程序状 态字)中央处理器（ 对应位的值来实现 CPU） 2.1
5.程序状态字PSW
程序状态字（PSW）：用来指示处理器条件和状态的寄存 器。不同的机器系统，其PSW的格式和信息不尽相同。 PSW提供的主要信息： CPU 的工作状态码 —— 指明管态还是目态，用来说明当 前在 CPU 上执行的是操作系统还是一般用户，从而决定 其是否可以使用特权指令或拥有其它的特殊权力 条件码——反映指令执行后的结果特征 中断屏蔽码——指出是否允许中断
例：IBM370的PSW
系统屏蔽 0 7
钥
EMWP 11 15
中断码 31
ILC 33
CC 35
程序屏蔽
指令地址 39 63
钥：用于存储保护 EMWP：E表示机器控制方式，M表示机器校验方式，W表示 等待状态位，P表示处理器的工作状态。 ILC：上一次执行指令的长度。 CC：条件值。 系统屏蔽：指出CPU是否接受特定通道的中断。 程序屏蔽：指示CPU是否接受某种程序性中断。
讨论操作系统的主要运行环境
中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 作业与作业步
2.1 中央处理器（CPU）
1.单处理器与多处理器系统 一个计算机系统只有一个处理器，称之为单处 理器系统 如果有多个处理器称之为多处理器系统
处理器由运算器、控制器和以及高速缓存构成。
பைடு நூலகம்
（2）控制和状态寄存器
用于控制处理器的操作 对于用户不可见的 一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问常见 的控制和状态寄存器:
程序计数器（ PC ： Program Counter ），记录将要取出的 指令的地址 指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出 的指令 程序状态字（PSW：Program Status Word），记录处理 器的运行模式信息等等
管态：操作系统管理程序运行的状态，又称为特权态、系 统态、管理态或核心态 目态：用户程序运行时的状态，又称为普通态或、用户态
有些系统将处理器状态划分核心状态，管理状态和 用户程序状态（目标状态）三种
实例：x86系列处理器-1
386、486、Pentium系列都支持4个处理器特
权级别（特权环：R0、R1、R2和R3） 从R0到R3特权能力依次降低 R0相当于双状态系统的管态 R3相当于目态 R1和R2则介于两者之间，它们能够运行的指令 集合具有包含关系：
3.存储保护：硬件支持 对主存中的信息加以严格的保护，使操作系统及其 它程序不被破坏。
地址寄存器（界限寄存器） 存储键
（1）界地址寄存器（界限寄存器）
界地址寄存器被广泛使用的一种存储保护技术，实现方法： 在CPU中设置一对下限寄存器和上限寄存器存放用户作业 在主存中的下限和上限地址
也可将一个寄存器作为基址寄存器，另一寄存器作为限长
3.特权指令和非特权指令
特权指令：只能由操作系统使用的指令。特权指令的执行一般 会引起处理器状态的切换。
使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区分为特权 指令和非特权指令（why?）
4.处理器的状态
根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不 同状态：
多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态：
2.2 存储器系统
1.存储器的层次结构
2.2 存储器系统
2.存储访问局部性原理
提高存储系统效能关键点：程序存储访问局部性原理。
程序执行时，有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样
的程序段，就会重复存取相同的指令集合 对数据存取也有局部性，在较短的时间内，稳定地保持在 一个存储器的局部区域
2.2 存储器系统
I R0 I R1 I R 2 I R3
实例：x86系列处理器-2
各个级别有保护性检查（地址校验、I/O限制），并分 别运行不同级别的程序： R0-运行操作系统核心代码 R1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程 R2-运行其它受保护共享代码，如语言系统运行环境 R3-运行各种用户程序 现有基于x86处理器的操作系统，多数UNIX、Linux 以及Windows系列大都只用了R0和R3两个特权级 别
寄存器（指示存储区长度）
每当CPU要访问主存，硬件自动将被访问的主存地址与界
限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界，如果未越界， 则按此地址访问主存，否则将产生越界中断——越界中断 （存储保护中断）
（1）用户可见寄存器
机器语言直接引用 包括数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器
数据寄存器（data register）又称通用寄存器，主要用于各种 算术逻辑指令和访存指令 地址寄存器（address register）用于存储数据及指令的物理 地址、线性地址或者有效地址，用于某种特定方式的寻址。如 索 引 寄 存 器 （ index register ） 、 段 寄 存 器 （ segment pointer）、栈指针（stack pointer） 条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位，如算术运算产 生的溢出、符号等等
2.1 中央处理器（CPU）
控制器
程序计数器 PC 指令寄存器 IR 指令译码器 ID 堆栈指示器 SP 处理器状态字PSW
工作寄存器
ALU
地址寄存器
I/O 控制逻辑
数据寄存器
2.1 中央处理器（CPU）
2.处理器中的寄存器
两类寄存器： 用户可见寄存器（工作寄存器）：由处理器执行 的机器语言来引用，通常对所有程序都是可用的， 包括系统程序和用户程序。 控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作，大 部分对用户不可见， 由OS的特权代码使用。
2.1 中央处理器（CPU）
管态和目态的比较：
处理器处于管态时
可以执行全部指令（包括特权指令） 可使用所有资源 具有改变处理器状态的能力
处理器处于目态时：只能执行非特权指令
特权级别不同，可运行指令集合也不同 特权级别越高，可以运行指令集合越大 高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级的
目态→管态 ：其转换的唯一途径是通过中断 管态→目态 ：可用通过设置PSW(修改程序状 态字)中央处理器（ 对应位的值来实现 CPU） 2.1
5.程序状态字PSW
程序状态字（PSW）：用来指示处理器条件和状态的寄存 器。不同的机器系统，其PSW的格式和信息不尽相同。 PSW提供的主要信息： CPU 的工作状态码 —— 指明管态还是目态，用来说明当 前在 CPU 上执行的是操作系统还是一般用户，从而决定 其是否可以使用特权指令或拥有其它的特殊权力 条件码——反映指令执行后的结果特征 中断屏蔽码——指出是否允许中断
例：IBM370的PSW
系统屏蔽 0 7
钥
EMWP 11 15
中断码 31
ILC 33
CC 35
程序屏蔽
指令地址 39 63
钥：用于存储保护 EMWP：E表示机器控制方式，M表示机器校验方式，W表示 等待状态位，P表示处理器的工作状态。 ILC：上一次执行指令的长度。 CC：条件值。 系统屏蔽：指出CPU是否接受特定通道的中断。 程序屏蔽：指示CPU是否接受某种程序性中断。